在季节性冻土区，气候因素引起的土体季节性冻融对桩基础的水平承载影响显著，在地震等水平荷载作用下桩基础极易发生断桩等脆性破坏。为消除或减弱季节性冻融对桩基的影响，文中采用抗冻融且高阻尼的橡胶-砂胶结材料置换桩周表层土体，改善桩基的水平承载特性；结合美国阿拉斯加地区某实际工程桩，对季节性冻土区进行温度场模拟，建立桩-土相互作用有限元模型，对比分析置换前后桩基础的受力与变形，并对置换范围进行优化，得到最佳置换宽度和置换深度分别为1.0d、6.0d(d为桩基直径)。

上部冻层是影响高原露天台阶爆破效果的主要因素之一，为明确高原露天台阶上部冻层在爆破荷载作用下的破断规律，利用颗粒流数值方法模拟了天然单冻层和人工复合双冻层分别在单、双排炮孔作用下的破断过程，分析了冻层破断过程的速度、冲击压力和破断后的块度特征。结果表明：冻层在爆破荷载作用下经历了产生裂隙-局部隆起-宏观断裂的破坏过程，对于人工复合冻层，由于上部增加了碎石土层，冻层厚度增大，削弱了冻层整体的隆起趋势，导致破碎块度增大。双排炮孔之间冻层受到的冲击压力率先达到峰值，但靠近自由面的冻层受到的冲击压力峰值更高。单、双冻层在爆破荷载作用下的破断问题可简化为冲击压力作用下的结构断裂问题。双冻层台阶爆破大块率比单冻层大块率高4%～6%,建议在高原露天矿山爆破中，优先通过冻土层厚度确定需要进行特殊处理的区域，并通过调整延期时间达到降低大块率，提高铲转挖运效率的目的。

持续大量降雪在建筑物屋盖表面造成大量积雪，同时在风雪天气条件下，雪粒会发生复杂的漂移运动，使建筑的屋面会发生风致雪漂移现象，导致屋面局部实际雪荷载值超过设计值。长沙机场T3航站楼为造型较为独特的大跨屋盖结构，通过CFD(computational fluid dynamics)数值模拟方法对屋盖积雪分布进行研究，并分析设计取值。在模拟雪荷载时，采用了较为常用的VOF(volume of fluid)法，通过设定各相的体积分数来模拟其空间分布。数值模拟结果表明，积雪迁移现象对多级屋面的积雪分布产生显著影响，导致雪荷载分布不均匀。进一步结合荷载规范进行雪荷载包络设计，得到大厅区域和指廊区域的雪荷载分布系数。

为研究冻融作用下含不同冲击损伤砂岩的动力学特性,对完整及不同初始损伤的泥质粉砂岩进行冻融后开展冲击加载试验,研究冻融作用对含初始损伤泥质粉砂岩的宏观动力学性能和损伤演化规律。结果表明:含初始损伤砂岩的纵波波速、弹性模量与冻融周期呈负相关;含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级初始损伤砂岩的纵波波速随冻融周期的增大分别下降了8.1%、11.9%、11.2%、16.8%,初始损伤等级越高的砂岩在冻融作用下纵波波速下降幅度越明显;冻融损伤和初始损伤耦合作用下砂岩弹性模量的变化速率逐渐增加,抵抗形变的能力逐渐下降,塑性逐渐增大;在冻融作用下含初始损伤砂岩的动态抗压强度与应变率呈指数衰减;初始损伤的存在加剧了冻融损伤对岩石的劣化作用,加快了砂岩自身宏观动力学性能的弱化速率。

为保障冻胀土地基条件下有轨电车运营期安全，需研究列车移动荷载作用下季节性冻土环境下有轨电车轨道的动力响应。依托张家口崇礼奥运赛区有轨电车项目，选取典型黑色黏土为代表性冻胀土体，重点测试了温度变化时该土体的水力特性及力学行为；将有轨电车轨道简化为无限长均质直梁，将地层考虑为Pasternak双参数地基，基于Euler-Bernoulli梁理论推导列车荷载作用下轨道动力响应的解析表达式，通过参数化分析研究土体冻融行为对轨道动力响应的影响规律。结果表明：季节性冻融行为会对有轨电车动力响应产生影响，且随着地基土温度的升高，土层动刚度系数会逐渐降低，轨道的动力响应趋于放大。

青海西部冻土路段公路受温升作用和车辆动荷载的影响,灾害频发,为保障寒区公路的安全运营,开展温升和动荷载作用下冻土的动应力-动应变响应规律研究十分必要。以青海S101公路路段冻土路基土为研究对象,利用正交试验设计方法对冻土进行GDS(Global Digital Systems)动三轴试验,得到不同温度、不同荷载工况下影响冻土强度的最不利影响因素组合,探讨了温升和动荷载作用下冻土的动应变、动应力幅值的变化规律。试验结果表明:由同一初始环境负温度进行梯度升温时,同一动应变下,冻土的动应力随梯度升温值的增加而减小,冻土极限破坏动应力随升温梯度值的增加而减小,冻土的动应力-动应变曲线呈抛物线型;-2℃为该路段冻土的高低温界限;对冻土的动应力-动应变关系曲线进行拟合,符合改进的Hardin双曲线模型;冻土的破坏动应力与频率存在线性正相关关系;冻土的动应变受频率的影响明显。该研究结果可为类似地区冻土路段设计、施工及灾害防治提供参考。

设计开展了不同温度和初始干密度工况下冻土桩基的水平承载特性试验,试验结果表明:相同温度下,桩基的桩顶位移随干密度的增大而逐渐减小,但是当温度为-0.5℃时,桩顶位移随干密度的增大而增大,相同干密度情况下,温度越高,桩顶位移越大,且破坏方式由脆性向塑性转变;荷载和温度越高,干密度越小时,桩身最大弯矩值越大,对桩身产生的弯矩影响范围也越大;采用等时荷载—位移曲线法得到了不同工况下桩基的临界水平承载力,并经拟合分析得到了冻土桩基在不同工况下的水平临界承载力经验公式,相关研究结果可为冻土地区桩基工程设计和施工提供借鉴。

融沉是困扰多年冻土区工程建设与安全运营的关键因素之一。通过室内试验,针对两种初始干密度不同的青藏粉质黏土,在-8～24℃之间正弦波动的周期温度边界条件下,分别开展了无荷载、静荷载及动荷载作用下冻结饱和试样的融沉试验(试样的初始温度为-1℃),研究了试样内部温度、变形、孔隙水压力的时间变化过程。结果表明:温度边界相同时,在不同荷载作用下试样内部温度响应过程差异显著,反映了荷载对冻土融化速率的影响。在无荷载作用下,试样的竖向变形呈线性发展趋势,每次冻融过程中的融沉变形变化不大。在静荷载和动荷载作用下,试样的竖向变形呈先快速增加后逐渐稳定的趋势,且融化沉降变形主要发生在前3～4个冻融循环过程。试验结束时,在静、动荷载作用下试样最终变形量大于无荷载作用下,且干密度较小时竖向变形较大。在动荷载作用下,试样内部孔隙水压力变化幅度大于静荷载,且在前3次冻融循环过程中,动荷载作用下试样内部孔隙水压力消散数值大于静荷载,之后随着冻融循环次数的增加两者差异逐渐减小。试样融沉变形过程与温度变化、孔隙水压力的积累和消散过程密切相关。试验结果可为复杂边界条件下融化固结理论研究和工程中地基土体的融沉变形预测提供依...

为了研究动载对冻土桩基传递函数的影响,制作了室内冻土-混凝土单桩模型,在静载的基础上对模型桩施加不同频率和不同大小的正弦波动荷载,分析冻土桩基的桩土相对位移、桩身轴力以及桩侧冻结应力沿桩体埋深的变化规律,并根据试验结果进行理论推导,得出考虑动荷载作用的冻土桩基传递函数及反映动载影响的动荷载系数。结果表明:桩土相对位移与桩身轴力沿桩体埋深逐渐减小,桩土相对位移沿埋深近似呈1/4正弦波长变化,桩侧冻结应力沿桩体埋深先增大后减小,在桩体埋深1/2处达到最大值;随着动载频率的增大,桩顶位移、桩土相对位移及轴力减小而桩侧冻结应力增大;桩侧冻结应力沿桩体埋深的传递函数可表示为桩土相对位移与动载频率的函数,据此得到动载影响系数沿埋深的变化,其大小随着动载频率及动载占比的增大而增大。

基于高速列车运行引起的轨道-桥梁-桥墩-季节性冻土区场地的地面振动和沉降问题,选取哈大高速铁路铁岭至四平段某桥墩及周围基础场地为测试段,对实测数据从时域和频域两方面进行分析,研究了桥墩及周围不同场地的振动特性,结果表明:桥墩和基础场地的振动特性存在很大的差异,基础场地对振动有放大效应,且不同基础场地对振动的放大效果也明显不同。结合实测概况建立了桥墩-基础场地有限元数值模型,分析桥墩及基础场地在不同季节的振动传播特性,以及基础场地土体内部的应力分布情况,并利用累积塑性应变模型对重复列车荷载作用下季节性冻土区基础场地的沉降变形进行分析,发现场地振动加速度峰值随与桥墩距离R的增大而衰减,且在冻结季的振动衰减速度明显小于非冻结季的;基础场地地表的累积沉降在距桥墩R=0.5 m处最大,且随着列车荷载作用次数的增加而增加,最后逐步趋于稳定。